臺灣博碩士論文加值系統

本研究係探討線性荷重隨時間改變下之水平壓密沉陷行為。由於黏土層所受外界之荷重大多是隨時間而逐漸增加，因此荷重隨時間改變下黏土沉陷量之行為較符合一般實務情形。在研究過程中將透過線性黏彈性理論及有限差分法之分析比較其在不同線性荷重速率下壓密沉陷量和MTS量測值間之差異。
本研究採取三種不同PI值之黏土，首先進行改良式之水平壓密試驗以求得各級荷重與壓密沉陷量間之關係，以求取體積壓縮性係數mv;另外經由變水頭滲透試驗量測水平滲透係數kh值，進而計算求得各級荷重下之水平壓密係數Ch值。在不同荷重速率下將荷重P與Ch間之關係轉換為Ch相對於荷重加壓時間t之關係，以此作為黏彈性理論及有限差分法分析之用。
經由改良式之水平壓密試驗結果發現在相同荷重下，水平滲透係數kh隨PI值之增大而變小亦隨e值之增加而增加；且塑性指數PI值愈大之黏土其水平壓密係數Ch值愈小，而同一PI值之黏土之水平壓密係數Ch也有相當程度的變化範圍。同時亦發現黏彈性理論預估之沉陷量值與MTS量測值較為接近。有限差分法所預估之沉陷量在初始荷重加載階段小於量測值，但隨著荷重時間增加，有限差分法之預估壓密沉陷量與MTS量測值愈顯接近。因此若能以長時間荷重加載觀察之，上述兩種方法皆能預估不同荷重速率下之壓密沉陷行為。

A Study of the Radial Consolidation under Time Dependent Loading

目 錄
摘 要 Ⅰ
目 錄 Ⅲ
表 目 錄 Ⅵ
圖 目 錄 Ⅶ
照 片 目 錄 XI
符 號 說 明 III
第 一 章 緒 論 1
1.1 研 究 背 景 1
1.2 研 究 目 的 與 方 法 3
第 二 章 文 獻 回 顧 5
2.1 直徑比影響(diameter ratio effect)………………….5
2.2 水平壓密土壤可能發生的應變型態……………………..6
2.3 土壤水平壓密係數(Ch)…………………………………..7
2.4 水平滲透係數(kh)………………………………………..8
2.5 荷重隨時間改變下水平平均壓密度數學表示式………10
2.6 荷重應力與Ch值變化之關係…………………………..13
第 三 章 試 驗 設 備 及 程 序 15
3.1試 驗 項 目 15
3.2試 驗 設 備………………………………………………16
3.2.l 一 般 物 理 性 質 試 驗 設 備 16
3.2.2 壓 密 試 體 的 製 作 設 備 16
3.2.3 改 良 式 之 水 平 壓 密 儀 17
3.2.4 材 料 試 驗 機 MTS 設 備 及 資 料 擷 取 系統 17
3.3試 驗 流 程 17
3.4試 驗 程 序 18
3.4.1 材 料 的 選 定 18
3.4.2 進 行 一 般 物 理 性 質 試 驗 19
3.4.3 試 體 的 製 作 方 法 19
3.4.4 水 平 壓 密 試 驗 及 變 水 頭 滲 透 試 驗…..20
3.4.5 不 同 荷 重 速 率 下 水 平 壓 密 試 驗……….22
第 四 章 試 驗 結 果 與 分 析 31
4.1 一 般 物 理 性 質 試 驗 結 果 31
4.2 水 平 壓 密 實 驗 結 果 32
4.2.1 水 平 滲 透 係 數 kh 值 量 測 32
4.2.3 水 平 壓 密 係 數 與 荷 重 間 之 關 係 34
4.3 黏彈性理論分析法(linear viscoelastic analysis)與 有限差分法(finite difference)求其沉陷量 35
4.3.1 線 性 黏 彈 性 理 論 求 孔 隙 水 壓 35
4.3.2 有 限 差 分 法 求 孔 隙 水 壓 38
4.4 壓 密 沉 陷 量 測 值 與 黏 彈 性 理 論 及 有 限 差 分 法 預 測 值 之 比 較 40
第 五 章 結 論 與 建 議 80
5.1 結 論 80
5.2 建 議 82
參 考 文 獻 84
表 目 錄
表4-1 一般物理性質試驗表 42
表4-2(a) 各荷重應力下之Ch值(PI＝30.8) 43
表4-2(b) 各荷重應力下之Ch值(PI＝51.5) 43
表4-2(c) 各荷重應力下之Ch值(PI＝75.1) 43
表4-3(a)~(d) 不同荷重速率下黏彈性理論中達到不同荷重壓力下孔
隙水壓與試體半徑之關係(PI＝30.8) 44
表4-4(a)~(d) 不同荷重速率下黏彈性理論中達到不同荷重壓力下孔
隙水壓與試體半徑之關係(PI＝51.5) 46
表4-5(a)~(d) 不同荷重速率下黏彈性理論中達到不同荷重壓力下孔
隙水壓與試體半徑之關係(PI＝75.1) 48
表4-6(a)~(d) 不同荷重速率下有限差分法中達到不同荷重壓力下孔
隙水壓與試體半徑之關係(PI＝30.8) 50
表4-7(a)~(d) 不同荷重速率下有限差分法中達到不同荷重壓力下孔
隙水壓與試體半徑之關係(PI＝51.5) 52
表4-8(a)~(d) 不同荷重速率下有限差分法中達到不同荷重壓力下孔
隙水壓與試體半徑之關係(PI＝75.1) 54
圖目錄
圖2-1 不同n值下水平壓密度與時間因素之關係圖………………..6
圖2-2 水平滲透係數與荷重壓力間之關係圖………………………..8
圖2-3 水平滲透係數與孔隙比之關係圖……………………………..9
圖2-4 荷重隨時間改變下土壤水平壓密之行為…………………….11
圖2-5有效應力與壓密係數間之關係圖…………………………… .14
圖3-1 MTS材料試驗機…………………………………………………23
圖3-2水平壓密試驗儀…………………………………………….…24
圖3-3試驗流程圖…………………………………………………. . 25
圖3-4 水平壓密受不同直線斜率載重示意圖………………………. 26
圖4-1粒徑分佈曲圖………………………………………………. . 56
圖4-2(a)水平滲透係數kh與外加荷重P之關係圖(PI=30.8)…….57
圖4-2(b)水平滲透係數kh與外加荷重P之關係圖(PI=51.5)…….57
圖4-2(c)水平滲透係數kh與外加荷重P之關係圖(PI=75.1)…….58
圖4-2(d)不同PI值黏土水平滲透係數kh與外加荷重P之關係圖….58
圖4-3(a)孔隙比e與logP之關係圖(PI=30.8)……………….……59
圖4-3(b)孔隙比e與logP之關係圖(PI=51.5)…………………….59
圖4-3(c)孔隙比e與logP之關係圖(PI=75.1)…………………...60
圖4-3(d)不同PI值黏土孔隙比e與logP之關係圖……………….60
圖4-4(a) 水平滲透係數kh與孔隙比e之關係圖(PI=30.8)…………61
圖4-4(b) 水平滲透係數kh與孔隙比e之關係圖(PI=51.5)……….61
圖4-4(c) 水平滲透係數kh與孔隙比e之關係圖(PI=75.1)……….62
圖4-4(d)不同PI值黏土水平滲透係數kh與孔隙比e之關係圖…….62
圖4-5(a)水平壓密係數Ch與外加荷重P之關係圖(PI=30.8)…….63
圖4-5(b)水平壓密係數Ch與外加荷重P之關係圖(PI=51.5)…….63
圖4-5(c)水平壓密係數Ch與外加荷重P之關係圖(PI=75.1)…….64
圖4-6 不同加壓速率下水平壓密係數Ch與荷重時間t之關係圖(PI=30.8)…………………………………………………………65
圖4-7 不同加壓速率下水平壓密係數Ch與荷重時間t之關係圖(PI=51.5)..………………………………………………………66
圖4-8 不同加壓速率下水平壓密係數Ch與荷重時間t之關係圖(PI=75.1)..………………………………………………………67
圖4-9(a)不同PI值黏土到達16 kgf/cm2時孔隙水壓與試體半徑
之關係圖(加壓速率4 kgf/cm2/hr)………………………68
圖4-9(b)不同PI值黏土到達16 kgf/cm2時孔隙水壓與試體半徑
之關係圖(加壓速率2 kgf/cm2/hr)………………………68
圖4-9(c)不同PI值黏土到達16 kgf/cm2時孔隙水壓與試體半徑
之關係圖(加壓速率1.3 kgf/cm2/hr)……………………69
圖4-9(d)不同PI值黏土到達16 kgf/cm2時孔隙水壓與試體半徑
之關係圖(加壓速率1 kgf/cm2/hr)………………………69
圖4-10(a)黏彈性理論中不同加壓速率到達16 kgf/cm2時孔隙水壓
與試體半徑之關係圖(PI=30.8)………………………..70
圖4-10(b)黏彈性理論中不同加壓速率到達16 kgf/cm2時孔隙水壓
與試體半徑之關係圖(PI=51.5)………………………..70
圖4-10(c)黏彈性理論中不同加壓速率到達16 kgf/cm2時孔隙水壓
與試體半徑之關係圖(PI=75.1)………………………..71
圖4-11(a)不同PI值黏土到達16 kgf/cm2時孔隙水壓與試體半徑
之關係圖(加壓速率4 kgf/cm2/hr)………………………72
圖4-11(b)不同PI值黏土到達16 kgf/cm2時孔隙水壓與試體半徑
之關係圖(加壓速率2 kgf/cm2/hr)………………………72
圖4-11(c)不同PI值黏土到達16 kgf/cm2時孔隙水壓與試體半徑
之關係圖(加壓速率1.3 kgf/cm2/hr)……………………73
圖4-11(d)不同PI值黏土到達16 kgf/cm2時孔隙水壓與試體半徑
之關係圖(加壓速率1 kgf/cm2/hr)………………………73
圖4-12(a)有限差分法中不同加壓速率到達16 kgf/cm2時孔隙水壓
與試體半徑之關係圖(PI=30.8)………………………..74
圖4-12(b) 有限差分法中不同加壓速率到達16 kgf/cm2時孔隙水壓
與試體半徑之關係圖(PI=51.5)………………………..74
圖4-12(c) 有限差分法中不同加壓速率到達16 kgf/cm2時孔隙水壓
與試體半徑之關係圖(PI=75.1)………………………..75
圖4-13不同荷重速率下壓密沉陷量測值與黏彈性理論預估值
之比較圖(PI=30.8)………………………………………….76
圖4-14不同荷重速率下壓密沉陷量測值與黏彈性理論預估值
之比較圖(PI=51.5)………………………………………….76
圖4-15不同荷重速率下壓密沉陷量測值與黏彈性理論預估值
之比較圖(PI=75.1)………………………………………….77
圖4-16不同荷重速率下壓密沉陷量測值與有限差分法預估值
之比較圖(PI=30.8)………………………………………….78
圖4-17不同荷重速率下壓密沉陷量測值與有限差分法預估值
之比較圖(PI=51.5)………………………………………….78
圖4-18不同荷重速率下壓密沉陷量測值與有限差分法預估值
之比較圖(PI=75.1)………………………………………….79
照片目錄
照片一:MTS材料試驗機 ………………………………………….27
照片二:大型壓密試體模內部構造……………………………………28
照片三:大型壓密試體模………………………………………………28
照片四:改良式水平壓密儀內部構造…………………………………29
照片五:變水頭試驗裝置………………………………………………30

參 考 文 獻
中文文獻
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英文文獻
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